Мендель выяснил, что если скрещивать особи гороха из первого гибридного поколения (все с красными цветами) друг с другом, то примерно ¾ их потомков унаследуют красные цветки, но ½ унаследует белые. Это согласовывалось с наблюдением, что у внуков могут проявляться какие-то признаки их дедушек и бабушек, которые не проявлялись у родителей. В данном случае унаследованный признак белых цветков незаметно сохранялся в растениях гороха с красными цветками. Мендель исследовал более 29 тысяч особей гороха, и такая большая выборка позволила ему показать, что данное соотношение 3:1 доминантных признаков к рецессивным у “внуков" близко к математически точному. Это навело его на мысль, что в основе наследования генетической информации лежат некие дискретные невидимые невооруженным глазом сущности. Впоследствии эти сущности были изучены и названы генами.
Если бы Мендель изучал генетику людей и экспериментировал с чистыми линиями нашего вида (если бы это было возможно), он мог бы обнаружить много похожих эффектов, связанных с тем, что один вариант гена доминирует над другим. У людей зеленый цвет глаз, как правило, доминирует над голубым, а шестипалость над пятипалостью (просто мутация очень редкая). На самом деле это немного упрощенное представление, так как даже самые простые признаки редко определяются лишь одним геном. Но Менделю повезло – он выбрал очень удачную модель, максимально приближенную к идее “один ген – один признак".
Открытие молекулы ДНК и ее роли в передаче наследственной информации заслуживает отдельного упоминания. Молекула ДНК была открыта в 1869 году швейцарским биологом Иоганном Фридрихом Мишером. Мишер научился выделять это вещество и дал ему название “нуклеин", а также показал, что нуклеин обладает кислотными свойствами (ДНК – это дезоксирибонуклеиновая кислота). Примерно в это время возникли первые предположения, что молекула ДНК может быть связана с передачей наследственной информации, но никаких убедительных доказательств этому еще не было. ДНК была лишь одной из множества молекул, которые удалось обнаружить в живых клетках.
В 1928 году английский генетик и врач Фредерик Гриффит провел знаменитые эксперименты, показавшие возможность передачи наследственной информации в пробирке96. Гриффит использовал две разновидности бактерий пневмококков. Первая – патогенные пневмококки, которые вызывают смертельную инфекцию у мышей. Вторая – безобидные пневмококки. Гриффит показал, что убитые нагреванием патогенные пневмококки не вызывают инфекции, но если смешать мертвых патогенных пневмококков и живых непатогенных, то можно получить живых патогенных пневмококков. Очевидно, “патогенность" каким-то образом может передаваться от мертвых бактерий живым. Экстракт, содержащий мертвых патогенных пневмококков, сохранял какую-то сущность, некую молекулу, несущую наследуемый признак. Но ученых по-прежнему интересовал вопрос: что это за молекула?
К тому времени круг поиска сузился до трех типов молекул, которые в большом количестве присутствовали во всех живых организмах: ДНК, РНК и белки. В 1944 году американские биологи Освальд Эвери, Колин Маклеод и Маклин Маккарти провели простой и красивый эксперимент. В их распоряжении имелись ферменты, которые умели избирательно разрушать ДНК, РНК или белки. Были повторены опыты Гриффита с тем изменением, что экстракт мертвых патогенных пневмококков перед смешением с непатогенными живыми пневмококками обрабатывался одним из перечисленных типов ферментов. Оказалось, что, если обработать экстракт, полученный из мертвых патогенных пневмококков, ферментами, которые разрушат РНК или белки, передача наследственной информации все равно произойдет, и зараженная пневмококком мышка умрет. Но если разрушить ДНК, пневмококки остаются безобидными, мышка живет. Так было установлено, что “трансформирующим агентом” в эксперименте Гриффита являлась именно молекула ДНК97.
Уже эти опыты показали, что природа предусмотрела возможность обмена наследственной информацией между живыми организмами. Сегодня мы четко представляем, что бактерии могут активно усваивать фрагменты ДНК, которые остались от других существ98. Насколько процессы изменения ДНК распространены в природе и каково разнообразие различных мутационных процессов, включая обмен участками ДНК между разными организмами, мы рассмотрим в следующей главе.
Глава 6
Мой дедушка был вишней. Генетическое разнообразие жизни, механизмы мутагенеза, эволюция и селекция, принцип предосторожности
Экологические катастрофы, естественный отбор, селекция, антибиотики и устойчивость к ним, иммунная система позвоночных и бактерий, мобильные генетические элементы, мутации и горизонтальный перенос генов, генетическое разнообразие на нашей планете и даже инопланетная раса зергов – все это имеет некоторую взаимосвязь, которая обретает смысл в свете эволюции.
Американский экономист Нассим Талеб, выступая против ГМО, аргументировал принцип предосторожности с позиции математической статистики99. Талеб полагает, что распространение ГМО может привести к гибели всего человечества, да и вообще уничтожить существенную часть жизни на нашей планете в ходе экологической катастрофы, которая получила название экоцид. Аргумент Талеба заключается в том, что, даже если вероятность экоцида в результате внедрения отдельного ГМ сорта очень мала, последовательные многократные попытки создания ГМО могут этот риск значительно увеличить: рано или поздно мы создадим такой ГМО, который нас всех уничтожит.
Когда мы строим ядерный реактор, мы рискуем, ведь реактор теоретически может рвануть. Но не стоит рассматривать этот риск отдельно от опасностей, связанных с использованием альтернативных источников энергии. Почему бы не учесть негативные последствия от увеличения цен на электроэнергию или выбросов углекислого газа в атмосферу? Ведь отказ от ядерной энергетики в современных реалиях будет означать более интенсивное использование угля, нефти и газа. Когда человек осваивал огонь, он рисковал подпалить лес, в котором жил. Но где бы были мы сейчас, если бы наши предки отказались от использования огня? Учитывая все риски, рассмотрим ли мы опасность учета всех рисков? На эту тему есть отличная иллюстрация: металлический предупреждающий знак, на котором крупными буквами написано, что у знака острые края и поэтому его лучше не трогать.
В приведенном примере опасность для здоровья создается самим существованием предупреждающего о ней знака. Так и утверждения об опасности ГМО создают угрозу, что под давлением общественного мнения, которое формируют не столько ученые, сколько журналисты и политики, мы откажемся от важнейших технологий. Весьма вероятно, что дети, страдающие от нехватки витамина А, которых можно было бы спасти, погибнут, если золотой рис не получит одобрения. Есть риск, что люди, страдающие от диабета, умрут, если мы перестанем производить инсулин с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. А ведь развитие сценария экоцида Талеба прежде всего касается быстро размножающихся и меняющихся одноклеточных!
Талеб упускает из виду биологическую сторону вопроса. Краеугольным камнем его аргументации является утверждение, что существуют принципиальные различия в рисках, связанных с использованием генной инженерии и селекции. Но кто сказал, что в природе не происходят те же самые процессы, которые используются при создании ГМО? И кто сказал, что продукты селекции или естественного отбора безопаснее продуктов генной инженерии?
Грандиозные экологические катастрофы случались в истории биосферы без участия человека. В результате появления фотосинтезирующих организмов несколько миллиардов лет назад произошли радикальные изменения в атмосфере Земли. Образовался кислород, страшный окислитель, к появлению которого многие формы жизни были не готовы. Но в итоге сформировались и вот уже миллиарды лет существуют организмы, использующие эффективный аэробный (кислородный) метаболизм вместо менее эффективного анаэробного. Содержание кислорода в воздухе с тех пор не оставалось постоянным. Сегодня кислород составляет 21 % атмосферы Земли, но за последние 550 миллионов лет его содержание менялось в пределах от 15 до 30 %100, и с этими колебаниями было связано появление и исчезновение гигантских насекомых, способных существовать только при высоких концентрациях кислорода.
Эксперименты в области генной инженерии производятся человеком в сравнительно небольшом объеме, в то время как природа порождает новых мутантов каждую секунду! Само существование жизни на нашей планете – один большой рискованный эксперимент, и генная инженерия к нему ничего принципиально нового не прибавляет. Давайте рассмотрим масштабы, в которых генетические изменения происходят в окружающей среде.
